قاتلان نامرئی در مزرعه تنباکو؛ ویروس چگونه کشف شد؟

ویروس ها قدمتی به اندازه عمر کره زمین دارند اما میلیون ها سال است مخفیانه موجودات نگون بخت را آلوده کرده و از پا در می آوردند. این موجودات پیچیده و عجیب تا اواخر قرن ۱۹ ناشناخته بودند اما پس از شیوع آفتی که گیاهان تنباکو را نابود می کرد، محققان به وجود آنها پی بردند.

اواسط قرن ۱۹ شیوع نوعی بیماری موزاییکی مزارع تنباکوی اروپا را با تهدید جدی مواجه کرده بود و گیاه شناسان در پی اطلاع از دلیل آن بودند. تا دهه های متمادی دلایل مختلفی برای این آفات ارائه می شد اما تنها یک گیاه شناس هلندی پیشرو به نام «مارتینوس بایرینک» متوجه شد که منبع این آفت نه عفونت قارچ یا باکتری بلکه عامل ناشناخته ای است که بعدا ویروس نام گرفت.

امروزه همه ما می دانیم که ویروس ها تقریبا در همه جا از هوا و اقیانوس گرفته تا کف خیابان پیدا می شوند. خوشبختانه تنها بخش اندکی از این پاتوژن های خطرناک باعث بیماری می شوند اما مشکل اینجاست که همین موارد اندک به بیماری های مهلکی نظیر ایدز، ابولا و جدیدتر از همه کووید-۱۹منجر می شوند.

در ادامه مطلب می بینیم که کشف و مطالعه ویروس نه در علوم پزشکی یا زیست شناسی بلکه از گیاه شناسی کلید خورد. این موجودات آنقدر ریز و عجیب بودند که متخصصان پس از دهه ها بحث و مجادله سرانجام بر سر وجود آنها به توافق رسیدند.

کشف ویروس

در سال ۱۸۵۷ کشاورزان هلندی از شیوع آفتی خبر دادند که باعث می شد برگ های گیاه تنباکو  دچار لکه های سبز، زرد یا خاکستری تیره شود. این آفت زمانی که به یک مزرعه سرایت می کرد، به سرعت شیوع پیدا کرده و باعث نابودی ۸۰ درصد از کل محصول می شد.

«آدولف می‌یر»، گیاه شناس در سال ۱۸۷۹ تحقیقاتی را در مورد بیماری صورت داده و آنرا بیماری موزاییکی تنباکو نامید. وی سعی کرد از طریق دستورالعمل کخ در مورد ایزوله سازی میکروب ها و عفونی سازی مجدد دلیل را پیدا کند اما علی رغم اثبات مسری بودن آفت میان برگ های یک گیاه، در شناسایی ریشه اصلی ناکام ماند.«سابرینا شالتس»، متخصص انسان شناسی زیستی دلیل ناکامی وی را کوچکتر بودن ویروس نیست به باکتری می داند که مشاهده آن را با استفاده از ابزارهای آن زمان ناممکن می ساخت.

مدت زیادی طول نکشید که پای آفت مذکور به جنوب روسیه و اکراین باز شده و خسارت های سنگینی را به کشاورزان تحمیل کرد. در ۱۸۸۷ گیاه شناس دیگری به نام «دیمیتری ایوانفسکی»، با رویکرد جدیدی مطالعات پیرامون بیماری موزاییکی را در کریمه شروع کرد. وی عصاره گیاهان آفت زده را از فیلتر پرسلان غیر قابل نفوذ برای باکتری ها عبور داده و روی برگ های سالم تنباکو ریخت. در صورتی که عامل بیماری باکتری بود نباید گیاه جدید بیمار می شد اما آثار آفت رفته رفته در آن ظاهر شد. علی رغم این شواهد باور به وجود میکروارگانیسم های ریزتر از باکتری آنقدر برایش دور از انتظار بود که در مقاله سال ۱۹۸۲ یکی از دلایل بالقوه را عبور باکتری ها از یک منفذ یا مواد سمی عنوان کرد.

در همان دوران «مارتینوس بایرینک»، میکروبیولوژیست و گیاه شناس هلندی به صورت مستقل مطالعاتی مشابه را انجام داد اما به نتایجی متفاوتی رسید. وی در کنار صافی پرسلان نوع دیگری از فیلتر با ژلاتینی به نام آگار را هم بکار برد تا امکان عبور میکروارگانیسم های شناخته شده در آن زمان را به صفر برساند. علی رغم تمام این تدابیر عامل بیماری گیاه تنباکو از تمام فیلترها عبور کرده و گیاه سالم را هم آلوده کرد.

بایرینک شواهدی را ارائه کرد که نشان می داد عامل بیماری برای انتشار به برگ ها اتکا داشته و حین سرایت از قدرت بیماری زایی آن کاسته نمی شود. عجیب ترین نتیجه مشاهدات وی این بود که عامل تنها در برگ امکان حیات داشته و بدون آنها امکان تولید مثل ندارد.

وی در مقاله سال ۱۸۹۸ خود این عفونت را «مایع زنده مسری» نامید که از آن به عنوان کشف ویروس یاد می شود. در واقع بایرینک واژه ویروس را از زبان لاتین برای اشاره به پاتوژنی جدید به عنوان سم مایع به کار برد. کارن شلثوف، ویروس شناس دانشگاه تگزاس بر این باور است که ایوانفسکی به ارزش اکتشافش پی نبرده بود اما بایرینک قدر آن را به خوبی دانست:

بایرینک آزمایش را انجام داده و به مشاهداتش اعتماد داشت. وی نخستین کسی بود که ویروس را در بستری مدرن پیش چشم ما آورد و به همین خاطر از نظر من او نقطه آغاز علم ویروس شناسی است.

انکار وجود ویروس

نظریات بایرینک خالی از نقص هم نبود. وی این میکروارگانیسم ها را مایع می پنداشت در صورتی که آنها ذره هستند. دیدگاه های انقلابی وی چندان با استقبال مواجه نشد چرا که باور به وجود پاتوژنی بدون سلول با نظریه بیماری زایی میکروبی ابتدایی در تضاد بود. سنگ بنای این نظریه را می توان اکتشافات کخ و پاستور  دانست که بر اساس آن پاتوژن ها توانایی بیمارسازی ما را دارند. رابرت کخ، پاتولوژیست آلمانی با پی بردن به باکتری عامل سل در سال ۱۸۸۲ گام بزرگی را در راستای شناسایی بیماری های ناشی از میکروارگانیسم ها ایفا کرد.

از طرف دیگر ایوانفسکی کماکان در پی یافتن ریشه باکتریایی برای بیماری موزاییک تنباکو بود و ادعا داشت که این مشکل بدون نیاز به نظریه جسورانه بایرینک به زودی حل خواهد شد. این ادعا راه به جایی نبرد و شواهد وجود ویروس یکی پس از دیگری از راه می رسید.

در همان سال انتشار مقاله بایرینک تب برفکی در گاوها به نخستین بیماری جانوری تبدیل شد که متهم ردیف اول آن همان عامل بیماری زای بسیار کوچک بود. سه سال بعد محققان آمریکایی با مطالعه تب زرد در کوبا به این نتیجه رسیدند که دلیل اصلی عفونت در حشرات ناقل بیماری آنقدر کوچک است که از فیلتر عبور می کند.

البته این محققان به جای اشاره به ویروس به عنوان عامل تب زرد معتقد به وجود باکتری های بسیار ریز بودند و به ندرت در نقد و بررسی های آن سال ها به احتمال وجود ویروس در کنار باکتری اشاره شده است. شلثوف می گوید:

در آن دوران محققان دچار سردرگمی شدیدی بودند چرا که توان مشاهده ویروس ها را نداشتند. این مشکل تا زمان ابداع میکروسکوپ الکترونی و مشاهده عامل اصلی به قوت خود باقی ماند.

شواهد از راه می رسند

در سال ۱۹۲۹ زیست شناسی به نام «فرانسیس هولمز» با تحلیل بیماری موزاییکی تنباکو نشان داد که ویروس ها نه مایع بلکه ذراتی جداگانه هستند که هر چه تراکم آنها بیشتر باشد، تاثیر بیشتری روی میزبان خواهند داشت. هفت سال بعد «وندل استنلی» شیمیدان ویروس ها را از گیاه تنباکو استخراج کرده و در قالب بلور درآورد. این ویروس از طریق اشعه ایکس قابل به تصویر کشیدن بود و در نهایت جایزه نوبل ۱۹۴۶ را برای هولمز به ارمغان آورد. با این حال عمر بایرنیک به این دوران قد نداد چرا که وی ۱۰ سال قبل از دنیا رفته بود.

نخستین تصاویر دقیق و واضح از ویروس موزاییک تنباکو در سال ۱۹۴۱ و به لطف میکروسکوپ انتقال الکترونی منتشر شده و ظاهر لاغر و چوب مانند این موجودات عجیب را به جهانیان نشان داد. این تصویر تردیدها در مورد وجود ویروس را از بین برده و نشان داد که آنها برخلاف ظاهرا پیچ و تابدار و سلولی باکتری، ساختار ساده ای دارند که از ماده ژنتیکی پیچیده شده در پوشش محکمی از مولکول های پروتئینی تشکیل شده است. البته مطالعات جدید نشان داده در برخی ویروس ها لایه ای از لیپوپروتئین و لیپوپلی ساکارید (LPS) نیز اطراف پوشش قرار دارند.

از نظر شلثوف ما خوش شانس بودیم که این بیماری در تنباکو مشاهده شده چرا که مشکلی اقتصادی بود که بسیاری حاضر بودند برای حل آن پول خرج کنند. از طرف دیگر این گیاه فراوان بوده و عصاره گیری و کار با آن ساده است. ویروس عامل بیماری هم نسبت به مدل های دیگر چندان پیچیده نبوده و تنها ۵ ژن را کدگذاری می کرد.

هرچند دستاوردهای می‌یر، ایوانفسکی و بایرینک در جلوگیری از شیوع ویروس بیماری موزاییک ناموفق بود و کشت تنباکو به کلی در هلند متوقف شد اما تحقیقات پیشروی آنها به شناسایی موجوداتی مرگبار منجر شد که هزاران سال انسان، جانوران و گیاهان را قربانی گسترش خود می کردند.

محققان سال ها بعد بر پایه همین تحقیقات اولیه به تولید واکسن، دارو و ابزارهایی روی آورند که به جنگ ویروس های مهلک می رفت. این نبرد تا همین امروز هم ادامه دارد و کشف واکسن ویروس کرونا می تواند جان میلیون ها نفر را در سراسر جهان از مرگ نجات دهد.